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淺析建筑設計與建筑節能
導語：建筑節能，在發達國家最初為減少建筑中能量的散失，普遍稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保證提高建筑舒適性的條件下，合理使用能源，不斷提高能源利用效率。
我國是世界上每年新建建筑量最大的國家，每年20億平方米新建面積，相當于消耗了全世界40%的水泥和鋼材，同時每年產生數以億計的建筑垃圾，給中國乃至世界帶來巨大的環境威脅。因此，本文針對目前節能熱不斷升溫，建筑節能源潮正在以現代新技術為基礎興起，提出了怎樣通過建筑設計達成建筑節能。
住宅的總體規劃應與單體建筑相協調，充分考慮各種宏觀因素(如地區、朝向、方位、建筑布局、地形地勢等)對單體布局的影響，充分利用所在地區的天然熱源、風源等來實現每一棟住宅建筑單體夏季都有充足的迎風面，冬季都有充足的日照，以滿足采暖、通風與采光的要求。單體之間的組合對氣流的形成具有直接的影響，特別是高層建筑群內部易受到回旋渦流的作用，容易出現死角，不利于室內的自然通風，從而形成不利的小區微氣候。因此，為了營造綠色舒適的小區微環境，應調整好單體之間的組合，使每棟建筑物處于周圍建筑物的氣流旋渦區之外，避免出現滯流區。另外，綠化和水體可以改善小區的微氣候。設計時，應結合居住區規劃布置綠化和水體，以此進一步改善室內外的物理環境(聲、光、熱)，減少熱島效應，改善局部氣候，保證小區內的空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和熱島強度等各項指標符合健康舒適和節能要求。
1住宅平面的建筑節能設計
住宅平面設計中首要問題是確定適當的套型面積。因為適當的建筑面積不但可以節約用地(建筑行業“四節”之一)還可以大大節約建筑用材，減少營造、維護與使用過程中的能耗。另外，建筑平面的巧妙布局亦能獲得較好的節能效果。
由于我國地處北半球，太陽高度角和方位角變化規律使南朝向為最為節能的建筑朝向，此朝向夏季可減少太陽輻射得熱，冬季可增加太陽輻射得熱，而且此朝向建筑與我國夏季盛行的東南風差不多成垂直關系，容易形成穿堂風，而又避開了冬季盛行的西北風。因此，將住戶長時間活動的居住空間(如廳、主要臥室)設于日照通風條件最佳的南向位置，利用自然環境使室內達到最大的舒適度，為住戶節約采暖和空調的能耗。而南北向建筑可以獲得最多的南朝向房間，所以建筑平面誼設計成南北向。對于日照、通風條件較差的北朝向與長時間接受太陽輻射的東西向可布置些平面功能比較次要的電梯、樓梯、管道井、機房、衛生間、廚房等，以擋住日照直接照射主要房間，避免冬季西北風灌入。經調查，在其他條件相同的情況下，南北向的多層建筑的傳熱耗熱量比東西向可降低5%左右。
2住宅外墻的節能設計
墻體是住宅的主體部分，是建筑室內外熱交換的主要介質，建筑節能50%，其中就有約25%是通過建筑圍護結構外墻的保溫隔熱性能來實現的。使用節能外墻與使用普通外墻室內溫度相差可達4～10度，所以墻體的設計是不容忽略的一個方面。外墻除了應具有基本的承重、安全圍護等功能外，還應考慮選用保溫隔熱性能好的墻體材料，對傳熱性好的墻體或墻體中傳熱性好的部位應加設保溫隔熱層。
目前，常用的幾種外墻材料中，保溫隔熱性能較好的是多孔粘土磚和加氣混凝土砌塊以及復合墻體。復合墻體中絕熱材料主要有巖棉、礦棉、玻璃棉、膨脹珍珠巖、聚苯乙稀、加氣混凝土等。復合墻體保溫隔熱宜選用外墻外保溫。外保溫是連續外包的，有效隔斷具有熱橋作用的混凝土梁、柱等，而產生“斷橋”作用，達到預期的節能降耗效果。此外，減少建筑物體型系數，也就是減少建筑物外表面積，減少外圍護結構面積，減少建筑形體的凹凸，也是節能的有效措施之一。體形系數是指建筑物與室外大氣接觸的外表面積與其所包圍的體積的比值。因此，體形系數越小對建筑節能越有利，也就是說，在其他條件相同的情況下，寬的建筑比窄的好，高的比矮的好，外表整齊的比外表凸凹變化的好。為得到合理的有利節能的建筑體形，體形系數一般應控制在0.3以內，住宅進深應擴大到10m以上，而長度則以55m為宜。從熱傳遞方面分析，通常建筑物實墻的陽角內側氣流較通風口處差且散熱面相對比較大，所以交角處內表面的溫度遠比主體內表面溫度低。同時由于具有熱橋作用的框架柱或構造柱常設在此處，所以一般交角處是建筑物耗能量較大的部位。如果建筑物設計成圓柱形，則外墻棱角少，外表面積也小，有利于減少能量的消耗。所以外表面整齊的建筑比外表面凸凹變化的建筑要節能。從接收太陽輻射熱能考慮，應使建筑物南向墻面的面積盡量的大，其他墻面的外表面積盡可能的小，也就是說南向墻面與其他各方位墻面的面積比應是越大越好。另外，也可以利用植物來調節氣溫，在日照強烈的墻面，種植植物來吸收太陽熱量，減少傳入室內的熱源。據報導，建筑西墻種植爬墻虎，在植被遮蔽90%狀況下，外墻表面溫度可降低8.2℃，并有利于吸塵和消音，減少溫室效應。
3住宅屋面的節能設計
在建筑物受太陽輻射的各個外表面中，屋面是接受太陽直射時間最長的部位，因此受輻射得熱也是最多的，相當于東西向墻體的2～3倍，所以它的保溫隔熱也顯得尤為重要。保溫隔熱的材料宜選用密度大、導熱系數小、憎水或吸水率較小的材料(如膨脹型泡沫聚苯板)。采用倒置式屋面將憎水性保溫材料設于防水層上，可有效防止傳統屋面構造中防水層容易老化從而影響保溫隔熱效果的問題。此種方法施工簡易，可廣泛采用。
另外，利用屋頂種植花卉、灌木(如彩葉草、三色堇、麥冬草等)形成生態型屋面，既可阻擋熱源，減少溫室氣體的排放，達到保溫隔熱，又可美化環境，改善城市氣候，做到一舉兩得。種植的土壤在吸水飽和后會自然形成一層憎水膜，可起到滯阻水的作用，有利于屋面的防水，而且土壤導熱系數小，有很好的熱惰性，不隨大氣氣溫驟然升高或下降而大幅波動，有利于屋面的保溫隔熱。同時，在屋面蓄水，形成蓄水型屋面，也是節能屋面的有效措施。利用水蒸發可帶走大量的熱，從而有效減弱屋面的傳熱量和降低屋面溫度。據測試，蓄水、種植屋面土壤表面溫度與一般屋面表面溫度比較，溫度可低27℃。此外，采用平坡屋頂結合的構造形式，在屋面保溫隔熱層上做架空層，通過空氣流通來散熱也是個不錯的辦法。
4住宅門窗的節能設計
外門窗是耗熱的重要渠道，它既是太陽輻射的得熱部件，又是主要的失熱部件，傳熱系數約為墻體的3～4倍，是節能的重點部位，所以合理確定窗墻面積比是節能的重要措施之一。對于住宅設計應避免少做落地窗、飄窗等。外墻門窗設計除滿足自然通風外，設計中應該強調東西南北開窗有別，不同功能房間開窗有別。面對冬季主導風向的立面，應盡量減少開窗面積。設置外窗部位，應提高外窗的密封性能(如選用膠條密封而不是毛條)，選用好的窗型(如平開窗氣密性相對較好)，門窗配件，提高窗框的隔熱性能(如采用塑料型材、鋁合金斷熱型材、玻璃鋼型材、鋁木復合材料等)，減少窗框的外露面積，采用保溫隔熱性能好的玻璃(如中空玻璃、鍍膜玻璃等)。根據國內外大量應用經驗證實，采用雙層玻璃塑料鋼窗是較好的選擇。外門窗除了采光，通常也是建筑自然通風的渠道。所以，外門窗的開啟也是夏季通風節能的必要條件。夏季迎風面可作為主要的開窗部位，引進自然風，增加夏季的滲透通風。但同時，外門窗的設計應減少冬季寒風的滲透，有利于室內保溫，改善生活環境的舒適度。對于向陽的地方，可采用凹式開窗設計，外加遮陽板及鍍有特種金屬的熱反射窗簾，這種設計既美觀又兼有較好的遮陽效果。
5結束語
我國作為世界能耗大國，對于發展可持續發展的生態建筑，減少建筑能耗更是刻不容緩。而建筑節能是養活建筑能耗的有效方法，同時也是節約經濟的方法。因此，作為建筑師，更應從自身做起，從不同角度，依據建筑規范對節能進行優化設計，充分利用我國現有的自然條件，在改善人們居住環境的同時，充分挖掘節能潛力，從而實現節約能源，減少能源消耗。相信在不久的將來，建筑節能事業必將在我國展現欣欣向榮的景象。
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